生物化学第25章兰州大学经典课件戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径.ppt

1、第25章 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径(Pentose phosphate pathway and other metabolism pathway of carbohydrates)一、戊糖磷酸途径一、戊糖磷酸途径二、糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径三、葡萄糖出入动物细胞的特殊三、葡萄糖出入动物细胞的特殊 运载机构运载机构四、乙醛酸途径四、乙醛酸途径五、寡糖类的生物合成和分解五、寡糖类的生物合成和分解一、戊糖磷酸途径 戊糖磷酸途径（戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway，PPP）又称己糖单磷酸途径）又称己糖单磷酸途径（hexose monophosphate

2、pathway，HMP），），这些名称强调的是从磷酸化己糖形成磷酸化这些名称强调的是从磷酸化己糖形成磷酸化戊糖的过程。戊糖的过程。 戊糖磷酸途径的发现 向供研究糖酵解使用的组织匀浆中添加碘向供研究糖酵解使用的组织匀浆中添加碘乙酸（甘油醛乙酸（甘油醛-3-3-磷酸脱氢酶的抑制剂）和氟磷酸脱氢酶的抑制剂）和氟化钠（烯醇化酶的抑制剂）等糖酵解途径的抑化钠（烯醇化酶的抑制剂）等糖酵解途径的抑制剂，发现葡萄糖的利用仍在继续。这个结果制剂，发现葡萄糖的利用仍在继续。这个结果说明葡萄糖的利用除了经过糖酵解途径外，还说明葡萄糖的利用除了经过糖酵解途径外，还有其他途径。有其他途径。戊糖磷酸途径的发现 1931年

3、，年，Otto Warburg及其同事，还有及其同事，还有Fritz Lipman，发现了葡萄糖，发现了葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和磷酸脱氢酶和6-磷酸磷酸葡糖酸脱氢酶，这两种酶催化的反应都可以利用葡糖酸脱氢酶，这两种酶催化的反应都可以利用葡萄糖，他们还发现葡萄糖，他们还发现NADP+是这两种酶的辅酶。是这两种酶的辅酶。通过对这条途径的详细研究，发现葡萄糖转变成通过对这条途径的详细研究，发现葡萄糖转变成了多种五碳糖、七碳糖、四碳糖、三碳糖及六碳了多种五碳糖、七碳糖、四碳糖、三碳糖及六碳糖的磷酸酯。糖的磷酸酯。在这条途径中，有在这条途径中，有CO2的释放和的释放和NADPH的合成，但没有的合成，但没

4、有ATP的合成。的合成。 戊糖磷酸途径的氧化阶段6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸-内酯内酯葡萄糖葡萄糖-6-磷磷酸脱氢酶酸脱氢酶内酯酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸脱氢酶脱氢酶戊糖磷酸途径的非氧化阶段核酮糖核酮糖-5-磷磷酸异构酶酸异构酶核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸 核糖核糖-5-磷酸磷酸戊糖磷酸途径的非氧化阶段 核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸 木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸 核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸差向异构酶差向异构酶戊糖磷酸途径的非氧化阶段转酮酶转酮酶木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸 核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛-

5、3-磷酸磷酸景天庚酮景天庚酮糖糖-7-磷酸磷酸戊糖磷酸途径的非氧化阶段景天庚酮景天庚酮糖糖-7-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸 果糖果糖-6-磷酸磷酸转醛酶转醛酶戊糖磷酸途径的非氧化阶段转酮酶转酮酶赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 果糖果糖-6-磷酸磷酸木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸戊糖磷酸途径概貌戊糖磷酸途径概貌戊糖磷酸途径概貌戊糖磷酸途径的总反应式 6葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸7H2O12NADP+ 5葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸6CO212NADPH12H+Pi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸7H2O12NADP+ 6CO212NADPH12H

6、+Pi戊糖磷酸途径的调控 戊糖磷酸途径主要是为其他代谢途径提供戊糖磷酸途径主要是为其他代谢途径提供NADPH和核糖。细胞中和核糖。细胞中NADP+/NADPH的比值是的比值是决定戊糖磷酸途径运行强度的重要因素，当决定戊糖磷酸途径运行强度的重要因素，当NADPH浓度很高时，抑制葡萄糖浓度很高时，抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶及磷酸脱氢酶及6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性，使该途径的氧化阶磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性，使该途径的氧化阶段无法进行。段无法进行。 对NADPH和核糖-5-磷酸的需求决定戊糖磷酸途径的运行1当机体对核糖当机体对核糖-5-磷酸的需要远远超过对磷酸的需要远远超过对NADPH的的需要时，大

7、量的葡萄糖需要时，大量的葡萄糖-6-磷酸通过糖酵解途径转变为磷酸通过糖酵解途径转变为果糖果糖-6-磷酸和甘油醛磷酸和甘油醛-3-磷酸，这两种物质进入戊糖磷磷酸，这两种物质进入戊糖磷酸途径，以逆反应的途径生成核糖酸途径，以逆反应的途径生成核糖-5-磷酸。磷酸。2当机体对当机体对NADPH和核糖和核糖-5-磷酸的需要处于平衡状磷酸的需要处于平衡状态时，戊糖磷酸途径的前半部分正常进行，后半部分态时，戊糖磷酸途径的前半部分正常进行，后半部分由于核糖由于核糖-5-磷酸的离去而运行很弱。磷酸的离去而运行很弱。3当机体对当机体对NADPH的需要远远超过对核糖的需要远远超过对核糖-5-磷酸的磷酸的需要时，戊糖

8、磷酸途径正常运行，核糖需要时，戊糖磷酸途径正常运行，核糖-5-磷酸转变成磷酸转变成葡萄糖葡萄糖-6-磷酸重新进入氧化阶段。磷酸重新进入氧化阶段。戊糖磷酸途径的生物学意义1戊糖磷酸途径是细胞产生还原力的主要戊糖磷酸途径是细胞产生还原力的主要途径途径 葡萄糖氧化释放的能量可以以葡萄糖氧化释放的能量可以以ATP的形式提供的形式提供给各种需能反应的需要，也可以以给各种需能反应的需要，也可以以NADH或或NADPH的形式提供给一些还原反应的需要，的形式提供给一些还原反应的需要，NADH可以进可以进入呼吸电子传递链产生入呼吸电子传递链产生ATP，而，而NADPH不能进入呼不能进入呼吸电子传递链，只能以还原

9、力的形式用于合成代谢吸电子传递链，只能以还原力的形式用于合成代谢途径中的还原反应。途径中的还原反应。 戊糖磷酸途径对红细胞的重要作用 在脊椎动物的红细胞中戊糖磷酸途径的酶类活在脊椎动物的红细胞中戊糖磷酸途径的酶类活性也很高。因为该途径提供的性也很高。因为该途径提供的NADPH可保证红细胞可保证红细胞中的谷胱甘肽处于还原状态，而还原型谷胱甘肽可中的谷胱甘肽处于还原状态，而还原型谷胱甘肽可维持蛋白质结构的完整性，还可以防止膜脂被过氧维持蛋白质结构的完整性，还可以防止膜脂被过氧化物等氧化，保持血红素中的化物等氧化，保持血红素中的Fe处于处于2价。有些人价。有些人因遗传缺陷缺乏葡萄糖因遗传缺陷缺乏葡萄

10、糖-6-磷酸脱氢酶，容易产生溶磷酸脱氢酶，容易产生溶血性贫血症。血性贫血症。 戊糖磷酸途径的生物学意义2戊糖磷酸途径是细胞内不同糖分子戊糖磷酸途径是细胞内不同糖分子 的重要来源的重要来源 许多不同碳链长度的糖都可以由戊糖磷酸许多不同碳链长度的糖都可以由戊糖磷酸途径获得，它们可以进一步转变成各种单糖和途径获得，它们可以进一步转变成各种单糖和多糖。合成各种核苷酸和各种含核糖的辅酶所多糖。合成各种核苷酸和各种含核糖的辅酶所需的核糖都来源于戊糖磷酸途径。需的核糖都来源于戊糖磷酸途径。 二、糖的其他代谢途径 葡糖异生作用指的是以非糖物质作为前体合成葡糖异生作用指的是以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。常

11、见的可用于合成葡萄糖的物质有：葡萄糖的作用。常见的可用于合成葡萄糖的物质有：乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油、氨基酸等。乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油、氨基酸等。 葡糖异生作用主要发生在肝脏，少量发生在肾葡糖异生作用主要发生在肝脏，少量发生在肾皮质。皮质。葡糖异生作用葡糖异生作用(gluconeogenesis)葡糖异生的意义 人脑以葡萄糖作为主要能量来源，对葡萄糖有人脑以葡萄糖作为主要能量来源，对葡萄糖有高度依赖性。成人脑每日大约需要高度依赖性。成人脑每日大约需要120g葡萄糖，占葡萄糖，占人体对葡萄糖每日需要量人体对葡萄糖每日需要量160g的绝大部分。已知体的绝大部分。已知体液中的葡萄糖含量约为液中的葡

12、萄糖含量约为20g，从糖原可随时提供的葡，从糖原可随时提供的葡萄糖约为萄糖约为190g，因此机体在一般情况下，体内的葡，因此机体在一般情况下，体内的葡萄糖量只够维持一天多的需要。如果机体处于饥饿萄糖量只够维持一天多的需要。如果机体处于饥饿状态，则必须由非糖物质转化成葡萄糖提供急需。状态，则必须由非糖物质转化成葡萄糖提供急需。当机体处于剧烈运动时，也需要由非糖物质及时转当机体处于剧烈运动时，也需要由非糖物质及时转变成葡萄糖以供产能。变成葡萄糖以供产能。 葡糖异生途径 从丙酮酸开始，从丙酮酸开始，葡糖异生的反应步骤很多都葡糖异生的反应步骤很多都是糖酵解的逆反应，但糖酵解中的是糖酵解的逆反应，但糖酵

13、解中的3步不可逆反步不可逆反应必须绕道而行。这应必须绕道而行。这3步是步是 丙酮酸丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸 果糖果糖-6-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸是先由丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸是先由丙酮丙酮酸羧化酶酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸，再由催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸，再由磷磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化反应生成磷酸烯醇式催化反应生成磷酸烯醇式丙酮酸。丙酮酸。 丙酮酸羧化成草酰乙酸N-1 羧化生物素羧化生物素-酶酶丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸转

14、变成磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶丙酮酸羧激酶丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸总反应式丙酮丙酮酸酸 + ATP + GTP + H2O 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP + GDP + Pi果糖-1,6-二磷酸果糖-6-磷酸 果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸 + H2O 果糖果糖-6-磷酸磷酸 + Pi葡萄糖-6-磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 + H 2O 葡萄糖葡萄糖 Pi葡糖异生途径概貌葡糖异生途径概貌2分子丙酮酸生成1分子葡萄糖总反应式2丙酮

15、酸丙酮酸 + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 6H2O 葡萄糖葡萄糖 + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+上述反应上述反应的的G0 = 37.66 kJ/mol葡糖异生作用的调节 葡糖异生作用的调节乳酸的可立氏循环四、乙醛酸途径 乙醛酸途径乙醛酸途径将脂肪酸降解产生的乙酰将脂肪酸降解产生的乙酰CoA转转变成葡萄糖变成葡萄糖。 此途径只存在于植物和微生物中。此途径只存在于植物和微生物中。乙醛酸循环异柠檬酸裂解酶和异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循苹果酸合酶是乙醛酸循环体中特有的两种酶。环体中特有的两种酶。脂肪酸脂肪酸乙醛酸循环体脂肪酸转变成糖的过程脂肪酸转变成糖的过程